基于微课的开放教育资源知识管理研究

    唐勇敏+李文剑+谢满飞+杨莉莉+赵进军

    

    

    

    【摘要】对知识可视化进行了研究，构建了微课知识管理系统，用以帮助教师和学生更方便、更高效地组织Internet海量信息，也有助于学习者从众多微课学习资源中找到适合自己学习的信息资源。该研究尝试通过知识地图实现知识的导航，在虚拟知识组织内实现学习者共同目标，从学习者需要出发，创造知识共享环境的关联，使组织成员——学习者能更有效地学习。

    【关键词】微课；知识地图；知识管理；本体

    【中图分类号】G434【文献标识码】A【文章编号】10018794（2016）04005708

    【基金项目】全国教育信息技术研究“十二五”规划2014年度课题“基于主题图的微课知识管理研究”，编号为146231890；国家开放大学2014—2015年度科研课题“基于微课开放教育资源的知识管理研究”，编号为G14A1702Y；浙江省现代远程教育学会2014年度重点课题“基于学习者特征的开放大学支持服务体系构建研究”，编号为DES14Z04；余姚市社科联2014年度社科立项课题“微课开发与人文社科知识普及应用研究”，编号为2014sk013

    【作者简介】唐勇敏（1963—），女，湖南湘潭人，硕士研究生，副教授，研究方向为神经网络、人工智能导航、远程教育；李文剑（1980—），男，浙江余姚人，硕士，讲师，研究方向为远程教育；谢满飞（1981—），女，浙江宁波人，讲师，研究方向为电大与成人教育英语及教学；杨莉莉（1963—），女，浙江诸暨人，高级经济师，研究方向为教学研究和改革；赵进军（1971—），男，陕西咸阳人，中学一级教师，研究方向为电大与成人教育英语教学。随着微革命浪潮的到来，微课程得到关注，微课将教学内容拆成微小知识单元，让知识承载较为离散。学习者可利用的知识非常有限，那么，怎样让开放教育“微课” 满足学习者微型学习、按需学习、聚焦学习、个性化学习的期望呢？这要求微课采用新的组织和管理方式，而采用知识管理思想来建立微课知识组织，利用知识地图可以将课程知识转化为个人知识网络，实现个人知识管理，运用知识本体思想实现知识共享和知识创新，通过面向语义的微课程知识本体的构建，可以有效地表现概念层次结构及知识的理解和描述。本文以余姚地域文化课程为例，构建了一个微课知识管理体系，可以更好地帮助学习者有效深入地学习。该方法具有普适性。

    一、概念的提出

    （一）微课程与知识呈现

    微课Microlecture，即微课程，[1]以阐述某一知识点为目标，以短小精悍的在线视频为表现形式，以学习或教学应用为目的的在线教学视频。2008年秋美国新墨西哥州胡安学院在线服务经理戴维·彭罗斯（David Penrose）正式提出了微课这一概念，他认为，微课是一种以建构主义为指导思想，[2]以在线学习或移动学习为目的，基于某个简要明确的主题或关键概念为教学内容，通过声频或视频音像录制的六十秒课程。这将提供一个知识挖掘平台，并告诉学习者如何根据学习所需，搜索相应资源，允许学习者对自己的学习有更多的主动权，自主挖掘知识点，有针对性地学习。他把微课程称为“知识脉冲”。

    在国内提出微课概念的广东胡铁生从教育信息资源角度阐述“微课”，认为微课是按照新课程标准及教学实践要求，教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节展开的教与学活动，是各种教学资源的组合，主要载体是教学视频。[3]

    综合国内外的研究我们认为：微课在教与学中应是生动的、动态的交互，要提供学习路径。海量的学习资源呈现在学习者面前，要避免内容零散、学习者迷失搜索路径。呈现方式需要微课程资源网络，资源关联需要系统性。学习者可以个性化学习，教师可以专业发展。因此，知识管理就很重要。

    （二）知识管理

    1知识管理概念

    大卫·沙凯米（David.J.Skyme）认为，知识管理是对知识及其创造、组织、传播、利用与宣传等过程的管理。[4]有人提出了 “教育知识管理”概念。苏新宁等提出教育知识管理是使用现代信息技术，捕捉、处理、组织教育知识及相关知识，从而转化为个体的知识和智慧；借助网络，传播和共享教育知识；并采取有效的措施提高教育工作者的创新能力，增强教育组织传播知识的功能。

    2知识地图

    （1）知识的可视化。可视化（Visuazliation）就是数据、信息和知识用可视的形式表示的过程，将可视化手段引入知识建模过程，成为知识管理的主要手段之一。[5]

    （2）知识地图概念。“知识地图”一词由英国著名情报学家 B·C·布鲁克斯在其经典著作《情报学基础》中提出。[6]布氏提出的“知识地图”相当于人类的体外大脑。

    基于布氏提出的“知识地图”理念，结合远程开放教育现有学习资源，本文提出基于微课的开放教育资源知识地图构建设想。

    二、微课本体知识地图理论模型

    目前，我国网络课程建设普遍存在重复建设、缺乏统一规范、缺乏互操作性和重用性、缺乏知识关联性、资源形式单一、针对性和实用性差、无法提供个性化服务和隐形知识等问题。这些也是微课程建设所面临的棘手问题。运用知识地图可以更好地规范微课程知识网络的建设。

    具体来说，微课是紧扣单一知识点来设计的，任何的学习都存在认知的顺序，我们可以让知识点具有关联性，对知识点进行排序，将知识变成有组织的结构。对知识序列的设计，可以按照课程学科分类体系来进行设计排序，也可以按知识点设计知识地图，让知识具有网状结构，通过知识可视化工具，利用知识地图可以将知识可视化，构建微课程知识管理系统，帮助教师和学生更方便、更高效地组织Internet微课程海量信息，也有助于学习者从众多微课资源中，找到自己需要的信息，实现个性化学习和自主学习。但传统的知识地图，缺乏共享、缺乏统一，且操作性不强。如果引入本体思想，[7]可以让知识地图赋予语义含义，这就形成了微课本体知识地图（见图1）。下面我们先构建微课本体知识地图理论模型。以下是本体知识地图的四层理论模型，简称“四元模型”。[8]

    （一）用户交互层即知识服务层

    通过知识可视化过程结合检索引擎，[9]为学习者提供资源检索的接口。对学科知识库进行语义推理和解析， 利用编程接口实现知识检索的页面化。

    （二）知识地图层

    主要呈现本体关系中的知识节点、知识链接和知识关联关系，知识可视化将隐性知识显性化，它是语义表示的本体知识结构。

    应用知识本体使本体和数据间建立联系，构成立体知识网络，[10]并使资源按照知识网络中的不同属性，或同一属性的不同编码体系，呈现出规范有序的知识地图，供浏览和检索。

    （三）知识本体构建

    本体的定义由格鲁伯（Gruber）给出，[11]是“概念模型的明确的规范说明” ，包括本体主要功能、信息交换和互操作性等内容，使用某个领域内公认的词汇，实现语义级上的信息集成。

    本体的思想原属哲学范畴，在数字信息环境下，被赋予全新的含义，它所关注的是概念以及概念之间的内在语义联系，它具有良好的概念层次结构和逻辑推理的支持，[12]本体的本质是领域知识的共享以及复用，通过对某领域的知识进行组织， 构成基于本体领域的知识组织系统。[13]

    对于开放教育资源来说，[14]知识其实是由众多知识因子所组成的，用它们的节点联系起来的语义网络，能够充分表达知识元素的内容以及他们间的关系。

    微课学习应用知识地图，[15]从本体概念出发，围绕中心主题列出相关概念，由概念引出子概念，在用线把这些概念连接起来，线上加连接字，以表达互属关系。

    本研究使用文献分类法，利用本体构建工具，建立领域本体。

    （四）信息层

    微课程的内容，[16]微课程的知识单元来源于网络和教材等，如开放教育资源，它的形式为web页面、论坛、博客、微博、微信等。这些可以看作“资源库”是一个信息储藏地。包括微课PPT（讲课提要、微课课程设计）、微课视频（微课分镜头画面设计、微课脚本设计、配音、配乐）、微课作业设计、学习者笔记内容作业内容分享，学习者反馈、教学反思等（见图2）。

    三、“余姚地域文化”领域本体知识分析

    根据以上分析，可看出本体层是核心，下面我们以“余姚地域文化”为例，对该领域知识本体进行构建。（见图3）

    领域本体知识（Ontology of domain）架构分为以下部分：

    Ontology of domain={domain，category，class，title， attribute，relation}

    领域domain：所代表的是特定的领域，本文以余姚地域文化为主体。

    知识分支category：为domain以下的分支，由数个concepts组成。Category用c1、c2、……表示。

    知识单元Class：为 Ontology中最主要的单元，可以用来描述说明领域中的概念。

    title：由一系列微课标题组成，可具体到的知识点，也可以是数据字典表示，在本研究中指知识认知导向、学生学习导向、需求导向。title后面加标号来表示序列，即微课知识点系列t1、t2、……等。

    Instance：用来描述class或concept的特性或属性及关系。Attribute：用来描述属性。

    这部分主要考虑层次体系、需要定义的概念属性以及属性分面。一个属性由多个分面组成，分面描述类型、容许的取值、有关属性取值的其他特征。

    （一）领域本体概念模型

    本体领域主题面的提炼，由本地文化专家抽出领域概念词，[17]进行概念语义检索，具体主题概念提炼，筛选。[18]数据来源应最大限度地保证资源的权威性，需查相关文献、权威流通量大的著作、词典。我们重点参照了美国KBSI公司（Knowledge Based Systems Inc） “IDEF”“IDEF5”图表语言开发的用于描述和获取企业本体的方法，“IDEF” “IDEF5”是英文“Integration Definition for Function Modelling”缩写，是指KBSI开发的一系列“面向功能建模的集成定义”项目和斯坦福大学“七步法”，[19]主要用于领域本体的构建。采用自顶向下，自底向上法，兼顾与国外顶层本体复用、嫁接。自顶借助领域专家知识，从通用概念出发再将概念进一步细化；自底从资源出发，最小级别的类开始，向上合并更大的类。知识本体构建法，如果把每一个知识领域抽象成一套概念体系，那么，就形成了概念化层次结构，构成了领域本体概念模型。

    根据文献以及对知识可视化的知识聚类，“地域文化”领域本体包括了时间、人物、事件、地区、物产、文化等要素。领域本体专注于领域知识的抽象，较为具体，容易进行形式化和共享，通过构建领域本体，实现知识框架描述模型的统一，知识的互操作，利于知识点拆分、合并、推理。

    为了便于计算机理解和处理，可以使用计算机编码语言（RDF/OWL）法，作为资源描述框架，为知识扩展打下了基础。在（RDF/OWL）中，可以明确表述词表、词表关系、关系约束、公理、推理规则等。地域文化知识本体展现错综复杂的人物、物产、地区的错综复杂个体的关系，可以用条目化词表知识表示，构成地域文化本体知识体系。主要包括：

    （1）确定地域文化本体专业领域和范畴这一领域的问题；

    （2）考察“地域文化”相关学科顶层，如其他学科的复用和嫁接问题，根据与之类似的问题对接入口判断分析；

    （3）结合领域专家意见，根据核心概念进行概念延伸，如舜文化、儒家文化、传统文化、江南文化、越文化、河姆渡文化、历山文化、稻作文化等；

    （4）对概念词表的填充、关系迭代，对概念属性添加说明；

    （5）底层概念加入类的实例，并进行实例属性值的填充；

    （6）进行一致性检查等。

    （二）微课知识单元

    知识单元是微课知识点具体内容的设计。这里我们使用模版词条词表，进行模版化开发。输入开发微课的相关信息，微课构成要素词表。可参照胡铁生的模版来设置属性：系列名词、本微课名词、知识点描述、知识点来源、听本微课需要了解的知识、教学类型、适应对象、教师、画面设计等，除此之外，在属性设置里也有图3领域本体层内容。

    在这里微课设计可以片段化、条目化，相当于卡片。微课词条可以列出所有重要主题或概念术语清单。比如舜文化的条目，可以用三个条目来概括，即齐家、治国和平天下。这三个条目暗合儒家思想，又解读了舜的一生。也可以用百孝之首、道德之祖、文明之元这三个词条概括。

    微课知识单元是根据某个知识点或教学主题建立起来的，[20]各知识模块间松散独立，呈现出课程学习的结构特点，知识单元需按路径进行编码。

    （三）知识关系

    知识关系即知识点的关系：一是知识点认知的顺序关系。我们把知识点的关系按照认知顺序关系可以分为前导、后继和相关三种类型，每个知识点都有相应的前导知识点集合、后继知识点集合和相关知识点集合。二是知识点之间包含或引用关系，而知识点之间包含和引用与知识粒度有关，例如，一个抽象概念可能包含或应用了多个相关的名词或术语，反过来，一些简单的名词、术语和概念经常被相对复杂的概念所引用，同时，与认知结构有关。我们选择微课第一个主题是舜文化研究和他衍生的关联知识。例如：从舜t1、t2、t3和t4衍生到江南文化c6，从舜衍生到儒家c5为主体的传统文化c7，从舜衍生到王阳明c11。

    在舜故事三阶段中，即齐家、治国、平天下这三阶段里，第一阶段包含两个知识因子t1和t2，第二和第三阶段分别对应了t3和t4知识因子。我们依据读者程度不同，按知识点难易程度扩充读者的知识面，这样，（见图4）我们设计了四个主题和四个知识因子相对应，即“齐家”是舜的开始，反映他的童年少年的一些故事，从童年少年的“孝文化”开始，在读本设计上用了舜故事1.0版本，接着舜的成长里又有很多敬业故事，即为舜故事2.0版本，后面舜故事展开为舜故事3.0版本，即是尧舜时代，为舜治国的故事，最后为舜故事4.0版本是舜平天下舜禅位的故事。这里每一部分故事版本都是独立的，读者可根据需要选读。在舜故事三阶段齐家t1和t2、治国和平天下t3和t4的知识因子里，加上江南文化c6， 再加入越文化c8与舜知识因子契合，提升了余姚地域特色。这个知识因子还可由氏族社会向父系社会扩展，还可以扩展到余姚的河姆渡文化c9，再扩展到江南的稻作文化c10。使用叙词法表示简单语义关系，如“用、代、属、分、参、族”。这样就自然形成了知识的前后关系（见图3和图4）。

    通过这样的微课知识组织结构的开发，凸显了地域文化的知识脉络，又依据学习者需求实现一些模块化功能，在微课设计上，加入一个模版，反映开发者信息等本体要素。通过知识本体关系联系，组成知识链。从这张图我们可以看出知识的关系：一个是知识分层次。不同水平的人，需要不同知识内容，本文根据需求或难度来设计，用模块来规划，比如舜1.0到4.0版本 ，就是如前所述，依知识点的深浅程度进行设计。另一个是知识分顺序。领域知识需要背景，他是研究领域起点。比如儒家文化的背景之一就是借舜故事来阐述它的思想观点，达到教化目的。领域知识还需要了解前沿即未来发展，需要知识的延伸。

    （四）知识地图

    知识地图是知识粒度的抽象层。本文通过微课资源的微信微博平台建设，积累相关语料，先采取人工方式建立“地域文化”的领域本体，以建立微课“知识库”和微课“信息资源库”的关联机制。虽然，我们建立的仅仅是该领域“知识库”和“信息资源库”的关联机制，但对领域和主题资源数字化建设仍有指导意义和参考价值。

    建立微课知识点的关系：两微课主题之间的关联，即知识关联；还有资源的指引关系，即知识点和资源的URL地址，即知识链接；微课主题和信息资源的联系通常是URL。信息资源可以是文本、图片、声音、动画、视频（见图5）。

    根据四元知识模型，[21]我们设计的平台上面是地域文化知识地图，即可视化知识库，便于学习者选择路径，下面则是微课程或微课程元素。

    知识地图构成可以有两种方式。用本体和模块结合方式建立知识地图，就某一功能模块或知识单元，以本体思维法，依据语义关系按知识点先后顺序排序，构建概念间相互联系的本体知识网络。再将这些模块串联起来，组成更大的本体知识网络，实现知识扩展，完成本体知识建构过程。这部分可由领域专家、知识工程师和计算机教师来制作完成。另一方面也可从学习者认知角度出发，按知识的难易程度排序，让学生选择学习路径。通过知识地图学习者很容易把领域知识结构加入到个体知识体系中。

    根据以上分析， 我们可以在地域文化微课的节点中，每节加入知识管理元素。由此构成地域文化知识管理的微课体系。这样碎片化的微课就成为一个新的知识组织体系。

    四、基于微课的知识管理系统的构成

    我们选择主题是余姚地域文化某节点“舜传说”开始为线索，衍生知识关联，建立“资源库”和“信息库”的关联。我们在设计模块时，从CSILE/KF（计算机规划的学习环境）有关文献中得到启发，[22]本系统主要规划以下几个模块：领域专家模块、知识可视化（知识地图）模块、学生条目化知识贡献（指学生的条目化知识的提供与制作）创作推送模块和教学反馈模块（见图6）。可视化的web浏览方式见图7。

    （一）领域专家模块和知识可视化模块

    知识网络化（见图7），由微课知识管理系统中的领域专家模块实现此功能，它由领域专家完成。系统登录我们先设置的两个角色，学生和教师。然后，教师或领域专家角色先进行初步的本体知识地图构建，完成知识脉络的设计。教师完成知识点排序，展示一些微课资源，学习任务布置，对概念设置难度色彩标签，并对核心概念或某主题进行深入挖掘展开，构成本体知识网络。[23]这里的可视化开发工具可以是springgraph，Flex组件，对知识点信息封装，对知识点前后连接。

    （二）知识地图

    学习者开展有助于自己的知识建构的学习。学生根据知识的前驱或后驱搜索，进入某一节点微课程，看教学视频，还可看教师分配任务，完成学习任务并开始贡献条目知识。

    （三）学生条目化知识贡献的创作模块

    在这里教师可以以“地域文化”的某个知识点为模块对学习者进行分组，通过任务布置，让学习者集体对某些感兴趣的知识进行条目化制作，这里创作模式选择仿照维基百科的样式，或以微信平台工具、或微博方式，发送给教师。这里的工具也可用JSPwiki引擎，但是需要定制好wiki引擎文本编辑器与MYSQL数据库环境。这里的文件编辑系统应具有多媒体文件功能，支持文本、图片、视频创作。比如也可以是微信，具有超链接功能。同时学习者可以设置知识点难度。

    （四）教学反馈模块

    有领域专家和教师构成。教师根据任务看学习者贡献条目。使用工具是柱状图，根据学习者对条目贡献数、质量、深度、难度打分，完成对学习者该知识点测评。看学习者学习兴趣集中点、学习难点，使用柱状图看学习者难度序列，最后进行问卷调查看该设计是否合理。

    这里的评价是对本体的正确性、完整性、一致性可扩展性的检验。本体库的完善以手工构建为主，这里也用专门的工具进行检验。通过评价的，进入本体库中存储下来。这里知识地图的知识节点由web页面呈现它们的关系， 提升了用户对知识获取的直观体验。

    这样，我们按知识本体思想设计了微课知识管理系统（见图6），[24]进行了概念的规范化描述，具有本体明确化、形式化、可共享的特征。尤其有利于地域文化陈述性知识的学习。系统设计我们使用了CSILE/KF的思想，让系统更趋合理。在知识建构上， 我们采用了知识地图的方式来进行。而学生可以在教师设计的框架指导下自建知识结构，可以以维基网为参考，使知识条目化，也可自行发布知识，完成知识点的师生共建，[25]实现个人知识管理过程。这样，知识地图具有语义网络检索特征。完成了本体知识构建，具有概念体系设计，概念级的修改、编辑、发布以及评价体系。也可让概念到概念具有推理过程。

    知识地图解决了开放资源里微课存在的知识管理的一些问题：

    （1）学科学习知识点固定，无法更新问题。通过本系统可以实现当学习知识点更新或创造知识点时，可自动地更新。

    （2）资源共享共建问题。由于不同的人员开发课程，共享较难。学习者提供知识上传时，由于没有很好的知识管理系统对其知识点进行更新，就很难看到他发的作业帖子。对知识点及时进行更新管理，如前所述，设计细节，贡献的知识条目和笔记就能够看到了。知识点很难看见，可以设计细节，完成知识扩展，达到知识共享的目的。

    （3）学习者寻找相关知识困难，尤其跨学科知识覆盖问题。通过本系统知识点导航，可以实现知识点链接，也就是学生学习知识的先后顺序的链接。通过引入本体，对某种有意义或相关联的知识节点，实现可视化知识管理；教师，可以依据需求、认知难易、知识或意义相关的微课程集合，设计模块，在面上完成一种知识地图设计。

    （4）开放教育资源微课碎片化问题。由于网络的碎片化让学习者很难找到相关知识点，因此，本研究提出了微课本体知识地图理论模型，这有助于形成新的知识组织结构。顶层本体是课程体系的核心概念，也是一些概念词汇的聚焦，就是知识地图的顶层，下层结构是相关概念。把顶层和下层结合在一起就形成了知识模块。[26]这里，知识本体酷似数据词典，[27]但包含了语法和一个控制领域内概念关系的模型。这就是本研究的“本体知识地图的四层理论模型”。

    （5）学习者的知识查询问题，即知识线索问题。这里，可选取知识地图中的内容，从某微课知识点进入，通关，完成知识扩展，也可选取个人感兴趣的内容，对个人知识进行动态更新，让个人知识网状结构化，即形成知识地图结构，隐形知识显化，实现对个人知识进行管理的目标。

    所以说，建立良好的知识结构就是绘制一份优秀的知识地图，就是建造一座设计好的城市。每学习一个新概念都会自动地与其他知识相联系，这样，通过知识地图，学习者就会获得要点突出、记忆深刻、逻辑性强的知识，无疑对知识的印象也是深刻的。通过知识地图学生很容易把领域知识结构加入到个体知识体系中。当学习者知识积累到一定程度，就会产生分享的欲望，该知识管理系统即是量化的也是质化的。通过知识地图实现知识管理，将自己的有质量的笔记分享到知识地图网络中，形成了有用的智慧资本。

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    （编辑/樊霄鹏）